【正文】 M[ 6], 34, 0xe4881d05)。 HH (d, a, b, c, M[ 0], 32, 0xeaa127fa)。 HH (b, c, d, a, M[10], 34, 0xbebfbc70)。 HH (d, a, b, c, M[ 4], 32, 0x4bdecfa9)。 HH (b, c, d, a, M[14], 34, 0xfde5380c)。 HH (d, a, b, c, M[ 8], 32, 0x8771f681)。 算法實現(xiàn) 16 GG (b, c, d, a, M[12], 24, 0x8d2a4c8a)。 GG (d, a, b, c, M[ 2], 22, 0xfcefa3f8)。 GG (b, c, d, a, M[ 8], 24, 0x455a14ed)。 GG (d, a, b, c, M[14], 22, 0xc33707d6)。 GG (b, c, d, a, M[ 4], 24, 0xe7d3fbc8)。 GG (d, a, b, c, M[10], 22, 0x2441453)。 GG (b, c, d, a, M[ 0], 24, 0xe9b6c7aa)。 GG (d, a, b, c, M[ 6], 22, 0xc040b340)。 FF (b, c, d, a, M[15], 14, 0x49b40821)。 FF (d, a, b, c, M[13], 12, 0xfd987193)。 FF (b, c, d, a, M[11], 14, 0x895cd7be)。 FF (d, a, b, c, M[ 9], 12, 0x8b44f7af)。 FF (b, c, d, a, M[ 7], 14, 0xfd469501)。 FF (d, a, b, c, M[ 5], 12, 0x4787c62a)。 FF (b, c, d, a, M[ 3], 14, 0xc1bdceee)。 第一輪 第二輪 第三輪 第四輪 消息分組 A B C D D C B A 算法實現(xiàn) 15 FF (d, a, b, c, M[ 1], 12, 0xe8c7b756)。函數(shù) H是 逐位奇偶操作符。 圖 34 MD5主循環(huán) 在四輪運算中 ,有四種函數(shù)，分別為 F(X,Y,Z),G(X,Y,Z),H(X,Y,Z)和I(X,Y,Z)： F(X,Y,Z)=(X and Y) or (not (X) and Z) G(X,Y,Z)=(X and Z) or (Y and not (Z)) H(X,Y,Z)=X xor Y xor Z I(X,Y,Z)=Y xor (X or not(Z)) 這些函數(shù)是這樣設(shè)計的：如果 X， Y 和 Z 的對應(yīng)位是獨立和均勻的，那么結(jié)果的每一位也應(yīng)是獨立和均勻的。主循環(huán)有四輪，每輪很相似， 每一輪進行 16 次操作，每次操作對 a,b,c 和 d 中的其中三個作一次線性函數(shù)運算，然后將所得的結(jié)果加上第四個變量，文本的一個子分組和一個常數(shù)，再將所得的結(jié)果向右環(huán)移一個不定的數(shù)，并加上或中之一，最后用該結(jié)果取代 a,b,c 或 d中之一。 圖 32 緩沖區(qū) nn+1 示意圖 圖 33 四輪算法 賦初值： A: 0x01234567 B: 0x89abcdef C: 0xfedcba98 D: 0x76543210 ABCD 構(gòu)成 buffer0。緩沖區(qū)除接受 Hash函數(shù)最終結(jié)果外，還記錄中間結(jié)果。追加的長度是原消息的長度，而不是補位后的信息長度。 原始圖像 DES 密鑰 數(shù)據(jù)流 摘要 摘要水印 加密圖像 摘要水印 解密后圖像 摘要水印 摘要 RSA加密此密鑰 對此，看是否一致？以達到圖像認證的目的！ 解密 文件頭 加密圖像 摘要水印 提取水印 DES 加密 MD5算法 作為水印信息 算法實現(xiàn) 13 (2) 追加長度 在追加長度前，通過補位，消息長度已經(jīng)變成模 512 余 448，接下來的追加長度將在消息后繼續(xù)補充 64 位的信息，新消息將是 512的整數(shù)倍。補位的補丁包括一個 1，剩下的全是 0，在原消息之后。 MD5 和 MD4 算法都是將消息劃分成 512 位的消息塊進行處理，最終形成 128 位的信息摘要。今天已成為最廣泛使用的 Hash 算法。同時，為了滿足圖像鑒定的要求，特引進數(shù)字水印技術(shù)，即：采用一散列函數(shù)作用原圖像，以提取一報文摘要，然后將此報文摘要作為水印信息嵌入到原始圖像中，經(jīng)加密解密后，再在解密后的圖像中提取水印信息，然后判斷此水印信息和原報文摘要是否相同，若相同，說明原始圖像沒有被篡改過，否則說明原始圖像已被篡改。 即： DES 和 RSA 的混合加密算法，先隨機產(chǎn)生一個 DES 密鑰，用此密鑰加密圖像，得到擴展名為 . 的文件 1，然后采用 RSA 加密算法對隨機產(chǎn)生的 DES密鑰進行加密將得到的密文加到文件 1 的文件頭里面去。 通過閱讀一定量的資料了解到該課題目前在國內(nèi)外的研究狀況和相應(yīng)的發(fā)展趨勢。它結(jié)合了數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論、計算機視覺以及其它計算機應(yīng)用技術(shù)的多門學(xué)科。數(shù)字圖像信息安全保密是結(jié)合數(shù)學(xué)、密碼學(xué)、信息論、計算機視覺以及其它計算機應(yīng)用技術(shù)的多學(xué)科交叉的研究課題。 算法實現(xiàn) 11 3 算法實現(xiàn) 采用的算法 近年來，隨著國際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)與多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字圖像己經(jīng)逐漸克服了往日因存儲量巨大而帶來的 種種問題，成為信息表達方式的主流，數(shù)字圖像信息的安全問題成為國際上研究的焦點問題。它們的共同點都是基于陷門單向函數(shù)的概念 ,把問題歸結(jié)為某一數(shù)學(xué)難題的求解。它不需要鋪設(shè)專門的安全傳輸線 路 ,也不需要專門信使在通信雙方傳遞密鑰 ,因而可以節(jié)約大量費用。解密密鑰和加密密鑰不同 ,從一個難以推出另一個 ,其設(shè)計規(guī)律都是把推算解密密鑰的問題等效為一個難以求解的數(shù)學(xué)問題。解密密鑰叫做私人密鑰，簡稱私鑰。之所以叫做公開密鑰算法 ,是因為加密密鑰能夠公開 ,即任何人都能用加密密鑰加密信息 ,但只有用相應(yīng)的解密密鑰才能解密信息。另一類算法是對明文的一組位進行運算 ,加 密 密碼分析 解 密 明文 （原始圖像） 密文 （加密圖像） 原始明文 原始圖像 加密密鑰 解密密鑰 關(guān)鍵技術(shù) 10 叫分組密碼 ,如 IBM 的 DES算法。對稱算法又可分為兩類。對稱算法的安全性完全依賴于密鑰 , 泄露密鑰就意味著任何人都能對消息進行解密。在大多數(shù)對稱算法中 ,加解密密鑰是相同的。 圖 25 密鑰控制下的保密通信框圖 其中 : 加密密鑰和解密密鑰可以相同也可以不同 , 并依此來劃分出兩種基本的密碼算法 ,即對稱算法和非對稱算法 (也叫公開密鑰算法。這種加密機制的設(shè)計思想是加密算法可以公開 ,通信的保密性完全依賴于密鑰的保密性 (即滿足 Kerckhoffs 假設(shè) )。 而在接收端需要保存秘密的人的共同參與才能恢復(fù)出原始待傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)。 （ 2）基于秘密分割與秘密共享的圖像加密技術(shù) 秘密分割就是把消息分割成許多碎片 , 每一個碎片本身并不代表什么 , 但把這些碎片放到一起消息就會重現(xiàn)出來。這種變換實質(zhì)上是矩陣的初等變換 , 并且由原文圖像 密 文 原文圖像 加密 解密 密鑰 密鑰 水印信息載體算法 密 鑰 原載體信息 含水印否 ？ 水印信息提取算法 水印信息 密 鑰 載體信息 水印信息 水印信息 關(guān)鍵技術(shù) 9 于幻方矩陣是一有限維矩陣 , 經(jīng)過 n次置換 , 又會回到原來的位置 , 因而也可以用 (1)所述的方法加以破譯 , 固其加密效果也是不好的。由于離散數(shù)字圖像是有限點集 ,這種反復(fù)變換的結(jié)果 , 在開始階段 S 中像素點的位置變化會出現(xiàn)相當程度的混亂 ,但由于動力系統(tǒng)固有的特性 , 在迭代進行到一定步數(shù)時會恢復(fù)到原來的位置。 圖 24 數(shù)字圖像加密通用模型 數(shù)字圖像加密的典型算法 目前國內(nèi)外對數(shù)字圖像加密的研究主要采用以下幾種方法： （ 1）基于矩陣變換像素置換的圖像加密技術(shù) 1） Arnold 變換，俗稱貓臉變換 .設(shè)像素的坐標 x , y ∈ S = {0, 1, 2, ? , N1}, 則 Arnold 變換為： ? ?1,1,0,m o d21 11, ??????????????????????????? NyxNyxyx ? 公式 (24) Arnold 變換可以看做是裁剪和拼接的過程。在接收端采用相應(yīng)的算法解密，恢復(fù)出原文。在實際的水印應(yīng)用中，更注重對虛檢概率的控制 [5]。所謂虛檢 (false positive)，就是將沒有水印信號的數(shù)據(jù)誤認為含有水印信號。這實際上是一個概率論中的假設(shè)檢驗問題。從以上論述可以看出，水印提取的任務(wù)是從嵌入水印的數(shù)據(jù)中提取水印信號，而水 印檢測的任務(wù)是判斷某一數(shù)據(jù)內(nèi)容中是否存在指定的水印信號。水印判決的通常做法是相關(guān)性檢測。這時我們需要一個水印檢測過程，見圖 23。如果提取出的水印發(fā)生了部分的變化，最好還能夠通過發(fā)生變化的水印的位置來確定原始數(shù)據(jù)被篡 改的位置。 在某些水印系統(tǒng)中，水印可以被精確地抽取出來，這一過程被稱作水印提取。 圖 22，圖 23是水印提取與檢測流圖。 有兩種常用的水印嵌入公式： iiwi aWVV ?? ? ?iiwi aWVV ?? 1 公式 (23) 關(guān)鍵技術(shù) 7 圖 21 水印信號嵌入 其中 wii VV, 分別表示載體圖像像素和嵌入水印的圖像像素； iW 為水印信號分量， 0≤ i≤ K；α為強度因子。 設(shè)載體圖像為 I，水印信號為 W，密鑰為 K，則水印嵌入可用公式（ 22）描述。盡管水印信號具有一定的能量，但分布到信道中任一頻率上的能量是難以檢測到的。因此，通過對原始圖像作一定的調(diào)整，有可能在不改變視覺效果的情況下嵌入一些信息。 數(shù)字水印的原理及其通用模型 從圖像處理的角度看，嵌入水印信號可以視為在強背景下迭加一個弱信號，只要迭加的水印信號強度低于 HVS 的對比度門限， HVS 就無法感到信號的存在。若攻擊者試圖刪除水印則將導(dǎo)致多媒體產(chǎn)品的徹底破壞。 有效的數(shù)字水印應(yīng)該能夠承受大量不同的物理和幾何失真，包括有意的（如惡意攻擊）或無意的（如圖像壓縮，濾波、掃描與復(fù)印，噪音污染、尺寸變化等等）。同時，在嵌入水印的過程中，我們又不可以破壞原來的文件，即不能讓人們發(fā)覺水印的存在，因此，不可見性是數(shù)字水印的首要要求。 數(shù)字水印的要求 數(shù)字水印是往多媒體數(shù)據(jù)（如圖像、聲音、視頻信號等）中添加某些數(shù)字信息以達到圖像認證等作用。與普通水印的特性類似，數(shù)字水印在多媒體 數(shù)據(jù)中（如數(shù)碼相片）也幾乎是不可見的，也很難被破壞掉。 借鑒普通水印的含義和功能，人們采用類似的概念保護諸如數(shù)字圖像、數(shù)字音樂這樣的多媒體數(shù)據(jù)，因此就產(chǎn)生了“數(shù)字水印”的概念。之所以采用水印技術(shù)是因為水印有其獨特的性質(zhì)：第一，水印是一種幾乎不可見的印記，必須放置于特定環(huán)境下才能被看到， 不影響物品的使用；第二水印的制作和復(fù)制比較復(fù)雜，需要特殊的工藝和材料，而且印刷品上的水印很難被去掉。本課題使用單向散列函數(shù)的目的是為了實現(xiàn)圖像認證，故選用安全性較高的 MD5 算法 [4]。 MD5 是 MD4 的改進版，安全性更高，更難于被破譯。對于輪數(shù)少于八的 Snefru，已被證明是不安全的，最近， Merkle 建議使用至少八輪的 Snefru，但是如此多輪的算法比 MD5 或 SHA 要慢得多。 SHA 基于的原則與 MIT的 Ronald L Rivest 教授在設(shè)計 MD4消息摘要算法時所用的原理相似，并且模仿了該算法。 （ 5）安全散列算法 NIST NSA 一道設(shè)計了與 DDS 一起使用的安全散列算法 SHA， SHA 是用于標準的算法，該標準規(guī)定一種保證數(shù)字簽名算法 (DSA)安全所必需的安全散列算法（ SHA）。在一些初始化處理之后， MD5 以 512 位分組來處理輸入文本，每一分組又劃分為 16個 32位子分組。 （ 3） MD4算法 MD4 是 Ron Rivest 設(shè)計的單向散列函數(shù)， MD 表示消息摘要，對于輸入消息，算法產(chǎn)生 128位散列值（或消息摘要）。整個消息的散列是最后一個消息分組的散列。 NHash 使用 128 位消息分組及一個與 FEAL 類似的復(fù)雜隨機函數(shù)，并產(chǎn)生1